CN112697994B - 一种无人干预快速煤质智能检测计量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤质快速检测系统领域，具体涉及一种无人干预快速煤质智能检测计量系统。为了解决目前因煤质检测过程冗长，耗时过长而造成的一系列问题，实现煤样的全自动无人为干预快速检测，本发明提供一种煤质无人为干预全自动快速检测系统。该检测系统包括采样及煤样预处理部分、煤样存样部分、煤样全水智能分析检测部分、一般分析实验煤样制备及检测部分、机械手臂部分和皮带传送系统部分。本发明突破传统方法与传统标准，是煤质全自动快速检测的一次革命，过程采用全自动控制，全程无人为干预，可实现进厂煤车每辆都采样检测，并且快速生成针对每辆煤车(煤质工业分析指标包括：热值，挥发分，水分，硫含量)的单独煤质报表，时长控制在15‑20min。
Description
技术领域
本发明属于煤质快速检测系统领域，涉及煤质激光快速检测、煤水分的微波检测、全自动系统，具体为一种无人干预快速煤质智能检测计量系统。
背景技术
煤被人们誉为黑色的金子，工业的粮食，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一，为人类提供了动力和光明。煤通过发电、冶金、化工等工程大力推动了我国综合国力的提升。但是我国煤炭资源是有限的，并且煤的质量也是参差不齐的，如何高效地将煤分等级、更合理的利用煤炭资源，解决此类问题犹如箭在弦上。随着我国煤炭勘探与开发技术不断地提高，激光技术的快速发展，煤质检测方面的短板逐渐暴露出来。目前煤质检测一直使用传统的物理化学方法，流程中存在耗时太长、工艺复杂且检测结果中人工干预的成分较大，虽然自动化已经逐步应用到煤样的采集和制备中，但是在检测环节，仍然需要传统的工业分析。
在实际的应用环境中，例如某发电厂，对煤炭质量和成分的要求往往是比较急迫的。现阶段，煤样的水分测定采用通氨干燥法或空气干燥法，过程漫长，往往需要2h左右；灰分的测定采用缓慢灰化法或快速灰化法，快速灰化法工艺需要1h左右，作为仲裁法的缓慢灰化法更是需要2h左右；挥发分的测定也需要35min左右。导致在无准确的煤质信息时，卸配煤难以及时完成。配煤的工作往往以同煤场上一批煤化验结果为参照，根据人工经验配煤，导致入炉煤的热值混配不均匀，会导致严重的后果，造成较大的经济损失。且现阶段的煤炭交易中，煤和煤泥无法高效地区分，导致会有煤和煤泥掺杂混合的情况，当两者混合后，造成煤的粘性过高，流动性变差，入炉后造成锅炉无法正常平稳运行，被迫降低负荷，造成不必要的经济损失。综上，这样一批煤样检测一次的技术是落后的，实现不了煤炭车车现货交易，满足不了工业需求，基于这样的现实基础，本系统提出了一种无人干预快速煤质智能检测计量系统。
发明内容
为了解决目前因煤质检测过程冗长，耗时过长而造成的一系列问题，实现煤样的全自动无人为干预快速检测，本发明的目的在于提供一种无人干预快速煤质智能检测计量系统。本系统为全自动快速煤样检测装置，集成自动采样、混样、缩分、制样装置以及微波快速脱水装置，具体涉及到煤样的随机取样、分析实验煤样的快速制备、分析实验煤样的微波快速脱水、利用激光光谱分析检测煤样的一系列流程。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
本发明提供一种无人干预快速煤质智能检测计量系统，包括采样及煤样预处理部分、煤样存样部分、煤样全水智能分析检测部分、一般分析实验煤样制备及检测部分、机械手臂部分和皮带传送系统部分，其中，采样及煤样预处理部分包括车辆牌照自动识别系统、人脸识别/身份识别系统、称重地磅系统、随机采样系统、颗粒物粒径粘性智能分析仪、一级破碎机、混样机和缩分器；一般分析实验煤样制备及检测部分包括脱水失重智能分析仪、二级破碎机、压片机和激光智能检测仪。
进一步，所述采样及煤样预处理部分的车辆牌照自动识别系统的目的为识别并记录煤样所属的煤车牌照，并且匹配到车辆所属煤矿信息，以此标定本车煤所属煤矿；
人脸识别/身份识别系统的目的为识别并记录司机信息，并且作为整套全自动系统的开关触发，当身份识别通过后，随机采样机随即开始工作；
称重地磅系统的目的是称量煤和车辆的总重，以及车辆的皮重；
随机采样系统是随机采样机采用悬臂式汽车采样装置，通过一个螺旋采样头升降采样，在煤车车斗内随机选择三个采样点进行采样，采样重量控制在20kg左右；
颗粒物粒径粘性智能分析装置可以分析得到样品的粒径和粘性数据；
一级破碎机采用环锤式破碎机，目的是将随机采出的样品粒度破碎至6mm；
混样机将破碎至6mm的样品均匀混合，使样品更有代表性；
缩分器是对采样头所采样品的再次缩分，使最终子样满足化验所需要的子样量，满足采样精度的需求。
进一步，所述煤样存样部分为全自动立体存查样柜，包括样品存储区、行走及抓取机构、自动存取样接口、人工存取样接口、弃料系统，可实现样品在柜内随机自动存储、提取以及对到期样品进行弃样处理功能。
进一步，所述煤样全水智能分析检测部分为脱水失重智能分析仪，通过激发煤样中水分子，使水分子超高速震动，产生摩擦热，使煤中水分迅速蒸发，通过对被检对象过程中的特性参数、重量、温度、过程湿度变化进行智能分析被检对象的全水分。
进一步，所述一般分析实验煤样制备及检测部分的脱水失重智能分析仪的目的是为了对进行激光检测的一般分析实验煤样进行快速脱水和检测煤中内部水分的数值；
二级破碎机是将6mm的煤样破碎成0.2mm，将煤样制备成为一般分析实验煤样；
压片机是将一般分析实验煤样压制成可以进行激光检测的圆柱状体；
激光智能检测仪采用激光光谱技术，用脉冲激光轰击样品表面可获取一幅光谱，且所得光谱中，包含了煤中所含全部元素的特征谱线，这使得样品中全部元素可以在一次检测中全部完成，以此来实现短时间内对煤样中元素的定量分析。
进一步，所述机械手臂部分是完成煤样在不同设备之间的转移操作，作为实现全自动功能的重要支撑。
进一步，所述皮带传送系统是完成煤样的传送操作。
进一步，所述系统要求保留1.2kg样品，并将其平均分为3份，每份400g。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本系统的开发，突破传统方法与传统标准，是煤质全自动快速检测的一次革命。本系统运用光谱法分析热值、挥发分等工业分析指标，运用脱水失重智能分析仪分析水分指标，极大地缩短了传统煤质检测的所需时间，且在系统中加入了对入厂煤的颗粒与粘性指标的分析，可获得较传统工业分析更为全面的煤质指标，合理高效地避免了无谓的经济损失。且过程采用全自动控制，全程无人为干预，得到的指标数据更为精确可靠。采用本系统可实现进厂煤车每辆都采样检测，并且快速生成针对每辆煤车(煤质工业分析指标包括：热值，挥发分，水分，硫含量)的单独煤质报表，自取样到生成报表，时长控制在15-20min。
附图说明
图1：本系统流程图。
图2：本系统设备简图。
图3：本系统数据流图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行具体、详细的说明。
煤车进入采样区，泊车引导系统通过语音引导车辆停放至指定位置，车辆牌照自动识别系统识别车牌信息，司机下车识别人脸身份，称重地磅系统读取车辆毛重数据记录，随机采样系统开始工作，在煤车斗内随即三点钻取20kg煤样，将煤样放至采料斗中，通过皮带传送系统传送至颗粒物粒径粘性智能分析装置进行粒度和粘性分析，再将煤样传送到一级破碎机进料口，破碎机将初始煤样粒度破碎至6mm，将6mm的煤样传送至混样机进行混样，在样品混匀后，经过缩分器再次缩分，保留1.2kg具有代表性的煤样并且平均分成三份，每份400g，三份煤样分别进行后续不同操作。
第一份400g煤样：将煤样封存到密封的容器中，通过机械手臂将煤样运送至全自动立体存查样柜，系统记录煤样来源后，将其随机存储至立体存样柜，实现在后期对煤样检测报告出现异议时可溯源并找到对应煤样进行重新检测。
第二份400g煤样：通过机械手臂将煤样置于脱水失重智能分析仪，进行8min的脱水操作，实时收集煤样在脱水过程中重量的变化，通过数据建模分析重量变化曲线，可得出煤样中所含外在水分。
第三份400g煤样：通过机械手臂将煤样置于脱水失重智能分析仪中，进行3min的脱水操作，然后将煤样送至二级破碎机的入料口，通过二级破碎将煤样粒度研磨至0.2mm，再将煤样置于脱水失重智能分析仪中，进行脱水操作，实时收集煤样在脱水过程中的重量变化，通过数据建模分析重量变化，可得出煤样中所含内在水分，内在水分加第二份400g煤样所测得外在水分即为煤样的全水分。通过机械手臂将脱水后的煤样送至压片机，进行压片操作，把最后压制成的煤饼送至激光智能检测仪进行激光检测，测得煤样中所含元素含量，通过数学建模分析可得出煤样的灰分、挥发分、固定碳，进而测算出煤所含热值。
车辆出厂时，再次通过称重地磅系统，测出空车的皮重，用进厂时的毛重减去皮重可得出这车煤的净重。通过三份煤样进行的一系列操作得出的数据，加上煤样的净重，通过数学建模算出此车煤的合理价格，并生成一份报表，将报表提供给司机与对应煤厂。
Claims (7)
1.一种无人干预快速煤质智能检测计量系统，其特征在于：包括采样及煤样预处理部分、煤样存样部分、煤样全水智能分析检测部分、一般分析实验煤样制备及检测部分、机械手臂部分和皮带传送系统部分，其中，采样及煤样预处理部分包括车辆牌照自动识别系统、人脸识别/身份识别系统、称重地磅系统、随机采样系统、颗粒物粒径粘性智能分析装置、一级破碎机、混样机和缩分器；一般分析实验煤样制备及检测部分包括脱水失重智能分析仪、二级破碎机、压片机和激光智能检测仪；
所述煤样全水智能分析检测部分为脱水失重智能分析仪，通过激发煤样中水分子，使水分子超高速震动，产生摩擦热，使煤中水分迅速蒸发，通过对被检对象过程中的特性参数、重量、温度、过程湿度变化进行智能分析被检对象的全水分；具体过程为：通过机械手臂将煤样置于脱水失重智能分析仪，进行8min的脱水操作，实时收集煤样在脱水过程中重量的变化，通过数据建模分析重量变化曲线，可得出煤样中所含外在水分；
所述一般分析实验煤样制备及检测部分的脱水失重智能分析仪的目的是为了对进行激光检测的一般分析实验煤样进行快速脱水和检测煤中内部水分的数值；具体过程为：通过机械手臂将煤样置于脱水失重智能分析仪中，进行3min的脱水操作，然后将煤样送至二级破碎机的入料口，通过二级破碎将煤样粒度研磨至0.2mm，再将煤样置于脱水失重智能分析仪中，进行脱水操作，实时收集煤样在脱水过程中的重量变化，通过数据建模分析重量变化，可得出煤样中所含内在水分；
所述激光智能检测仪可测得煤样中所含元素含量，通过数学建模分析可得出煤样的灰分、挥发分、固定碳，进而测算出煤所含热值；
所述颗粒物粒径粘性智能分析装置分析样品粒径和粘性数据。
2.根据权利要求1所述的一种无人干预快速煤质智能检测计量系统，其特征在于：所述采样及煤样预处理部分的车辆牌照自动识别系统的目的为识别并记录煤样所属的煤车牌照，并且匹配到车辆所属煤矿信息，以此标定本车煤所属煤矿；人脸识别/身份识别系统的目的为识别并记录司机信息，并且作为整套系统的开关触发，当身份识别通过后，随机采样机随即开始工作；称重地磅系统的目的是称量煤和车辆的总重，以及车辆的皮重；随机采样系统是随机采样机采用悬臂式汽车采样装置，通过一个螺旋采样头升降采样，在煤车车斗内随机选择三个采样点进行采样，采样重量控制在20kg左右；一级破碎机采用环锤式破碎机，目的是将随机采出的样品粒度破碎至6mm；混样机将破碎至6mm的样品均匀混合，使样品更有代表性；缩分器是对采样头所采样品的再次缩分，使最终子样满足化验所需要的子样量，满足采样精度的需求。
3.根据权利要求1所述的一种无人干预快速煤质智能检测计量系统，其特征在于：所述煤样存样部分为全自动立体存查样柜，包括样品存储区、行走及抓取机构、自动存取样接口、人工存取样接口、弃料系统，可实现样品在柜内随机自动存储、提取以及对到期样品进行弃样处理功能。
4.根据权利要求1所述的一种无人干预快速煤质智能检测计量系统，其特征在于：所述二级破碎机是将6mm的煤样破碎成0.2mm，将煤样制备成为一般分析实验煤样；压片机是将一般分析实验煤样压制成可以进行激光检测的圆柱状体；激光智能检测仪采用激光光谱技术，用脉冲激光轰击样品表面可获取一幅光谱，且所得光谱中，包含了煤中所含全部元素的特征谱线，这使得样品中全部元素可以在一次检测中全部完成，以此来实现短时间内对煤样中元素的定量分析。
5.根据权利要求1所述的一种无人干预快速煤质智能检测计量系统，其特征在于：所述机械手臂部分是完成煤样在不同设备之间的转移操作，且机械手臂作为系统实现全自动功能的重要支撑部分。
6.根据权利要求1所述的一种无人干预快速煤质智能检测计量系统，其特征在于：所述皮带传送系统是完成煤样的传送操作。
7.根据权利要求1所述的一种无人干预快速煤质智能检测计量系统，其特征在于：所述系统要求保留1.2kg样品，并将其平均分为3份，每份400g。
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